JP4055121B2 - 粒状ベントナイトの空気除去方法及びベントナイト固状体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒状ベントナイトから空気を除去する方法、及びベントナイト固状体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における最大のテーマは、社会産業の発展における結果としての産業廃棄物や一般廃棄物を埋め立てるための廃棄物処分施設の設置、さらには、原子力発電における高、低レベルの放射性廃棄物に関する数百年以上に及ぶ廃棄物の処置を社会生活に障害を与えることなく如何に処理するかである。
【０００３】
産業廃棄物や一般廃棄物を埋め立てるための処分施設では、産業廃棄物が人間の生活環境に影響を与えないようにするために、そこからの漏出汚水が地下に浸透することで環境汚染を引き起こさないように処置することが義務付けられており、地下に埋設するために、図７（ａ）に示すような貯蔵施設が計画されている。
【０００４】
このような施設では、これら廃棄物を格納する躯体として、廃棄物格納用躯体３１が計画されており、廃棄物格納用躯体３１と周辺地盤３２との間に地下水を透過し難い粘土系の充填材３３を設置することが考えられている。
【０００５】
この粘土系充填材３３は、地下水が廃棄物格納用躯体３１の内部に侵入するのを大きく遅らせる、或いは廃棄物中の有毒物質が地下水によって漏出することを防止するために、廃棄物格納用躯体３１の全周を十分な厚さで取り囲む形態に設置すると同時に、廃棄物格納用躯体３１の底部にも粘土系の充填材を敷設することになる。
【０００６】
又、原子力分野における低レベルの放射性廃棄物に関しては、これらの低レベル放射性廃棄物が人間の生活環境に影響を与えないようにするために、図７（ｂ）に示すように、低レベルの放射性廃棄物３４を放射性廃棄物格納用躯体３５に貯蔵して、地下空洞３６に埋設する施設が計画されている。
【０００７】
このような施設においても、貯蔵した放射性廃棄物を格納する放射性廃棄物格納用躯体３５と周辺地盤３７との間に地下水を透過しにくい粘土系の充填材３８を設置することが考えられている。
【０００８】
この粘土系充填材３８も、地下水の放射性廃棄物格納用躯体３５の内部に侵入するのを大きく遅らせる、或いは放射性廃棄物３４の中の有毒物質や放射性核種が浸入してきた地下水中に溶出することで施設外に漏出するのを防止するために、図示のように放射性廃棄物格納用躯体３５の全周を十分な厚さで取り囲む形態で設置されると同時に、放射性廃棄物格納用躯体３５の底部にも粘土系の充填材３８が敷設されることになる。
【０００９】
さらに、高レベル放射性廃棄物を人間の生活環境から安全に隔離するためには、高レベル放射性廃棄物を図７（ｃ）に示すように堅固な金属容器に収納するための廃棄体パッケージ３９を、地下数百ｍの以深に掘削された地下坑道４０に縦向きに埋設処分する高レベル放射性廃棄物処分施設も計画されており、この処分施設でも、廃棄体パッケージ３９と地下坑道４０の隙間に粘土系の充填材４１を設置することが考えられている。
【００１０】
この粘土系充填材４１の場合も、地下水の廃棄体パッケージ３９ヘの接触を抑制すること、廃棄体パッケージ３９から放射性核種が浸入してきた地下水中に溶出することによって施設外へ漏出すること等を抑止するために、図示のように廃棄体パッケージ３９の全周を十分な厚さで取り囲む形態に設置され、同時に廃棄体パッケージ３９の底部にも粘土系の充填材４１が敷設されている。
【００１１】
しかして、上記の産業廃棄物或いは放射性廃棄物の処分施設においては、千年や万年単位の長期間に亘って、施設が所要のバリア機能を有していることが重要とされており、廃棄物格納用躯体や廃棄体パッケージ周囲に設置される粘土系充填材には、長期に亘って遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を維持できることが必要とされている。
【００１２】
このために、廃棄物格納用躯体３１や放射性廃棄物格納用躯体３５或いは廃棄体パッケージ３９の周辺に充填される粘土系充填材３３、３８、４１としては、ベントナイト粉末或いはベントナイトに砂あるいは砂礫などの骨材を混合したものを、１．３〜２．５Ｍｇ／ｍ3程度の密度に締固めた充填材を使うことが考えられている。
【００１３】
ベントナイト系充填材は、透水係数が著しく小さいので地下水が廃棄体に接触する量を抑制できるし、拡散現象による放射性核種の漏出も抑制できる。又、廃棄体容器が長期間の腐食によって体積膨張する場合を想定しても、ベントナイト系充填材が力学的な緩衝効果を発揮すると考えられている。
【００１４】
しかるに、１００％配合のベントナイト系充填材の場合に、現場施工によって乾燥密度１．３Ｍｇ／ｍ3以上のベントナイト系充填材を構築することは困難であると言われている。
【００１５】
同様に、骨材配合率２０％の充填材でも、乾燥密度１．６Ｍｇ／ｍ3以上のベントナイト系充填材を構築することも困難であると言われている。
【００１６】
以上の実態から、現状では、１００％配合のベントナイト系充填材の場合には、現場施工によって乾燥密度１．３Ｍｇ／ｍ3以上のベントナイト系充填材を構築することや、骨材配合率２０％の充填材では、乾燥密度１．６Ｍｇ／ｍ3以上のベントナイト系充填材充填材を構築するためには、事前に機械成型加工によらなければならないとされていた。
【００１７】
従って、我が国での高レベル放射性廃棄物は、図８に示すように堅固な金属容器に収納した廃棄体パッケージ３９を、地下数百ｍ以上の深さに掘削された地下坑道４０の処分孔４２に縦向きに埋設処分する処分施設では、廃棄体パッケージ３９と処分孔４２との隙間４３にブロック状に加工された粘土系の充填材４１を設置することが考えられている。
【００１８】
このために、成形加工されたブロック状の粘土系充填材４１を積み重ねて構築する場合には、施工時に生じるブロック間の隙間が水みちとなることの危倶が伴っており、廃棄体パッケージ３９と処分孔４２との隙間４３や内側の廃棄体パッケージ３９との間に存在する間隙４４に隙間充填材４５を設置することが必須になっている。
【００１９】
そこで、本発明者等は、廃棄体パッケージ３９と処分孔４２との隙間４３に設置するブロック状に加工された粘土系の充填材４１を排除することで、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立すると共に、長期に亘って維持できる充填材を容易に施工できる埋設廃棄物の充填材と製造方法及びその施工方法を、特願２００２−９５１３ 号として既に提案している。
本提案による充填材の製造方法５０は、図９にその工程を示すように、粉末状のベントナイト５１に水５２を注入しながら、これを混練５３することでベントナイトスラリー５４を練成している。
【００２０】
次いで、このベントナイトスラリー５４に密度の大きな粒状のベントナイト高密度固状体５５を追加して混練５６することを特徴にしており、これによって、ベントナイトと水を主成分とする複合粘性流体のベントナイト・コンクリート７を練成している。
【００２１】
しかして、充填材の施工方法は、このベントナイト・コンクリート５７を埋設廃棄物の格納用躯体と埋設処分孔との隙間に流体として満遍無くかつ効率良く打設５８できるものであり、通常のセメントコンクリートと同様の施工方法である一般的なポンプ打設法や流し込み打設法を採用することを可能にしている。
【００２２】
そして、ベントナイト・コンクリートは、打設後においてベントナイトスラリー部とベントナイト固状体との含水比が均一になってベントナイトと水との組成比が全体的に均質になって、流体であったものが最終的に固化することになる。
【００２３】
従って、既提案による埋設廃棄物の充填材は、従来のようにブロック状の充填材部材を積み重ねる構築方法と違って流体として打設できることから、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できると共に、セメントコンクリートの打設と同程度の施工効率で構築することができるものである。
【００２４】
しかして、既提案による埋設廃棄物の充填材は、ベントナイト１００％の粒状固状体を用いているが、本ベントナイト固状体は、固状体部に空気を含んでいるのが実態である。
【００２５】
即ち、ベントナイト・コンクリート中に、ベントナイト固状体が体積百分率７０％を占めていて、その乾燥密度を２．３Ｍｇ／ｍ3とした場合には、固状体部中に含まれている空気が、作成されたベントナイト・コンクリート中に体積百分率６％程度存在しており、この場合におけるベントナイト・コンクリートの乾燥密度は、１．５８Ｍｇ／ｍ3程度になっている。
【００２６】
これに対して、空気が全く排除された場合を想定して計算すると、ベントナイトスラリー中に体積比をスラリー：固状体＝０．３：０．７の比率で混練するとして、乾燥密度が２．３Ｍｇ／ｍ3程度のベントナイト固状体を使った場合にできあがるベントナイト・コンクリートの乾燥密度は、（２．３×０．７＋０．１３×０．３）÷１＝１．６５Ｍｇ／ｍ3程度であり、湿潤密度は２．０４Ｍｇ／ｍ3程度（含水比２４％）になる。
【００２７】
従って、空気を全く排除した、密度約２．３Ｍｇ／ｍ3程度であるベントナイト１００％の粒状固状体を、ベントナイトスラリー中に体積比、スラリー：固状体＝０．３：０．７の比率で混練することによって、空気が残っている場合に比べてより大きな密度のベントナイト・コンクリートを造ることができる。
【００２８】
さらに、この材料中のベントナイト固状体は、短時間では水に溶けないので、ベントナイトスラリー中に漂う状態になって、当該材料は全体として流体状に振る舞うことになり、セメントコンクリートにおける粗骨材・細骨材とセメントミルクとの混練状態に類似した状態をいっそう増長するものである。
【００２９】
以上のことから、廃棄物充填材を構成している粒状のベントナイト固状体を、そこに含まれている空気がゼロになるように造形することが出来ると、廃棄物充填材に求められる長期に亘っての遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を維持できる特性を、さらに向上させることが可能になる。
【００３０】
一方、粘土系充填材は、地下に埋設する廃棄物の周囲に設置するものなので、水で飽和した状態における透水係数、拡散係数、力学特性等の各種特性を測定したいが、粘土系充填材は、透水性が極めて小さく１Ｅ−８ｍ／ｓ〜１Ｅ−１４ｍ／ｓであることから、粘土系充填材の試験供試体を水で飽和させるためには１ヶ月以上の長期間を要するのが実情であり、各種特性を迅速に測定できる試験供試体の確保が嘱望されていた。
【００３１】
しかるに、現状においては、難透水性材料について飽和状態の供試体を作るのに長時間が必要であることから、供試体の圧縮成型段階において水で飽和した高密度のベントナイト固状体を作りたいが、上述したように、廃棄物の周囲に設置して地下水への漏洩を防止するために用いるベントナイト系粘土等の難透水性粘土は、透水係数が１Ｅ−８ｍ／ｓ〜１Ｅ−１４ｍ／ｓと非常に難透水性を呈しなければならないので、透水試験や力学試験を実施する際には、供試体に高い圧力で水を注入して徐々に水を浸潤させることで飽和状態にする必要がある。
【００３２】
さらに、当該材料は、地下１００ｍの坑道に廃棄物を埋設する際の漏出防止材料として使用するものであることから、実際の条件を模擬する必要があり、このために、地下水で飽和した上で透水係数を上記のように小さくした試験用の供試体を作成することになるが、透水係数１Ｅ−１２ｍ／ｓ程度の材料で厚さ５０ｍｍ程度の供試体を飽和させるためには、約３ヶ月を要すると言う具合に長時間を要することになる。
【００３３】
【表１】
表1は、供試体高さ１００ｍｍの供試体を、圧力１〜３２ａｔｍ (１０〜３２０ｍ水頭換算値)で注水した場合について算定した理想的な最短飽和時間の結果であるが、この試算では、飽和浸潤面の上部領域の透水係数を十分大きいものと仮定しているが、実際には不透水領域の媒体についても透水抵抗を見込む必要があり、供試体の実際の透水係数が想定している透水係数１Ｅ−１３ｍ／ｓの１／１０になると飽和時間が１０倍になる可能性もしくは均一に飽和しないことから更に数倍の時間を待つ必要も考えられるものである。
【００３４】
以上のように、難透水性粘土は、透水試験や力学試験を実施する際の供試体として、高い圧力で水を注入しながら徐々に浸潤させて飽和状態にする必要があるが、高密度で難透水性を呈しなければならないので、水で飽和したベントナイト固状体を作るにも、空気が含有されることで目標値の遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亘って維持できる特性を追求することは困難であった。
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の状況に鑑みて提案するものであり、ベントナイトに混入させるためのベントナイト固状体を、含有する空気をゼロにした高密度に造形することで施工を容易にすると共に、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立しながら長期に亘って維持できる特性をさらに増強させることや各種特性を迅速に測定できる試験供試体を短時間で容易に確保できる粒状ベントナイトの空気除去方法及びベントナイト固状体の製造方法を提供している。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明である粒状ベントナイトの空気除去方法は、粒状ベントナイトから空気を除去する方法であって、一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、粒状ベントナイトを装填したシリンダーの他方端にピストンを嵌入させると共に、真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態に維持する工程と、前記シリンダー内が真空状態の下で前記ピストンの圧入によって前記粒状ベントナイトを圧縮する工程とを含むことを特徴とする。
【００３７】
請求項２に記載の発明である粒状ベントナイトの空気除去方法は、粒状ベントナイトから空気を除去する方法であって、炭酸ガスを吹き込むことによって空気を追い出した炭酸ガス封入容器の中において一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、前記シリンダーに粒状ベントナイトを装填した状態で前記炭酸ガス封入容器を撹拌する工程と、前記シリンダーの他方端にピストンを嵌入させ、真空ポンプによって炭酸ガスを吸引すると共に、シリンダーに装填した粒状ベントナイトをプレスする工程とを含むことを特徴とする。
【００３８】
請求項３に記載の発明であるベントナイト固状体の製造方法は、ベントナイトスラリーから埋設廃棄物の格納用躯体と埋設処分孔との間に充填される廃棄物充填材を練成する際に適用され、ベントナイトスラリーに追加して混練されるベントナイト固状体を製造する方法であって、一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、粒状ベントナイトを装填したシリンダーの他方端にピストンを嵌入させると共に、真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態に維持する工程と、前記シリンダー内が真空状態の下で前記ピストンの圧入による前記粒状ベントナイトの圧縮によって所定密度のベントナイト固状体を成型する工程とを含むことを特徴とする。
【００３９】
請求項４に記載の発明であるベントナイト固状体の製造方法は、ベントナイトスラリーから埋設廃棄物の格納用躯体と埋設処分孔との間に充填される廃棄物充填材を練成する際に適用され、ベントナイトスラリーに追加して混練されるベントナイト固状体を製造する方法であって、炭酸ガスを吹き込むことによって空気を追い出した炭酸ガス封入容器の中において一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、前記シリンダーに粒状ベントナイトを装填した状態で前記炭酸ガス封入容器を撹拌する工程と、前記シリンダーの他方端にピストンを嵌入させ、真空ポンプによって炭酸ガスを吸引すると共に、シリンダーに装填した粒状ベントナイトをプレスすることによって所定密度のベントナイト固状体を成型する工程とを含むことを特徴とする。
【００４０】
請求項５に記載のベントナイト固状体の製造方法は、請求項３又は４に記載の製造方法において、ベントナイト固状体が、成型された後にピストンの追加挿入によってシリンダーから取り出されることを特徴とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明による廃棄物充填材のベントナイト高密度固状体は、ベントナイト中の水を飽和状態にして含入空気量をほぼゼロに構成するものであり、両端を開放されたシリンダーとシリンダーの両端に嵌入可能なピストン、シリンダーもしくはピストンの少なくとも一方に設ける通気孔及び通気孔に接続された真空ポンプから構成される製造装置を用いながら、シリンダーの一端を封鎖して含水量を調整した粒状ベントナイトを装填し、次いで、他方端にピストンを嵌入させると共に真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態にして粒状ベントナイトに含まれる空気を吸引し、しかる後に、真空状態の下でピストンの圧入による粒状ベントナイトの圧縮によって所定密度のベントナイト高密度固状体を成型することで製造している。
【００４７】
これによって製造されたベントナイト高密度固状体は、廃棄物充填材を施工容易にし、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できる特性を増強させている。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４８】
図１、２は、本発明によるベントナイト高密度固状体を製造する装置と製造方法の実施の形態を示している。
【００４９】
本実施の形態において、ベントナイト高密度固状体の製造装置１は、両端を開放されているシリンダー２とこのシリンダー２の下方端３に配置されている蓋４及びシリンダー２の上方端５から嵌入されるピストン６から構成されている。
【００５０】
蓋４には、シリンダー２の中央部に該当する位置に通気孔７を設けており、この通気孔７には、図示されていない真空ポンプが接続されている。尚、蓋４は本実施の形態に限定されるものでなく、上記ピストン６と同様の形状であってシリンダー２の下方端３から嵌入されるピストンでも採用できるものである。
【００５１】
又、通気孔７は、図１（ａ）に見られる本実施の形態のように、蓋４に特定して設けるものでなく、シリンダーに投入される粒状ベントナイトから空気を吸引できる位置であれば、任意の位置に設けられるものであり、ピストン６もしくはシリンダー２のいずれの位置に設置することも可能である。
【００５２】
本発明によるベントナイト高密度固状体の製造方法では、シリンダー２に含水量を調節された粒状ベントナイト９を投入した後に、図１（ｂ）に示されるようにピストン６をシリンダー２に嵌入している。
【００５３】
しかして、本実施の形態では粒状ベントナイト９の投入に先だって、ポーラス板８が、シリンダー２の下方端３側に配置されている。
【００５４】
即ち、本発明では、蓋４で封鎖しているシリンダー２に粒状ベントナイト９を投入した後にピストン６を嵌入してベントナイト固状体中に含まれる空気を吸引するが、ポーラス板８は、この際にベントナイト固状体中の空気が容易に吸引されるように機能している。
【００５５】
本実施の形態では、図１（ｂ）のようにシリンダー２に含水量を調節された粒状ベントナイト９を投入してピストン６を嵌入した後に、真空ポンプを稼働させている。
【００５６】
これによって、シリンダー２内は真空状態に形成されるので、含水量を調節された粒状ベントナイト９は、真空ポンプの吸引によってその内部に含まれている空気を蓋４の通気孔７から排除されており、粒状ベントナイト９は、含入空気量がほぼゼロの状態に構成されることになる。
【００５７】
図２（ａ）は、ピストン１０に別途の通気孔１１とその先端に配置されるポーラス板１２を設けている他の実施の形態を示しており、粒状ベントナイト９の内部に含まれている空気を図１（ｂ）の実施の形態よりも急速かつ完全に除去することができる。
【００５８】
尚、本実施の形態では、ピストン１０の外周面にＯリング等のシール構造１３を装備させており、外側からシリンダー２に空気が侵入するのを防止しているが、このような処置は、他の部位においても必要に応じて適宜に採用できるものである。
【００５９】
図２（ｂ）は、外周面にシール構造１３を装備しているピストン１０を嵌入させた実施の形態で、所定密度のベントナイト高密度固状体を成型する工程を示している。
【００６０】
本工程では、シリンダー２の内部を、上記の工程で形成した真空状態に維持したままで実施されるものであり、粒状ベントナイトは、空気ゼロの状態を維持されている。
【００６１】
しかして、ピストン１０は、所定の圧力１４でシリンダー２に圧入されており、シリンダー２にさらに挿入されることで粒状ベントナイトを圧縮して所定の圧縮密度に成形するものであり、所定の含水比を維持されたベントナイト高密度固状体１５を製造している。
【００６２】
このために、シリンダー２の内面には、ピストン１０を所定の圧入位置に停止させるためのストッパー１６が設けられており、ピストン１０で計量された所定量の粒状ベントナイトをこの位置まで圧縮することで、ベントナイト高密度固状体１５を所定の高密度に成形している。
【００６３】
即ち、本実施の形態では、ベントナイト高密度固状体１５を乾燥密度０．８Ｍ／ｍ3の飽和供試体として作成することを目標にしたが、結果として乾燥密度０．７８Ｍ／ｍ3を確保して目標の約９９％に至る飽和度の供試体を作成できている。
【００６４】
その後において、ベントナイト高密度固状体１５は、シリンダー２から取り出される。この工程は、図２（ｃ）に示すようにシリンダー２から蓋４を取り外すと同時にストッパー１６を撤去してから、シリンダー２を支持筒体１７に設置してから実施するものであり、ピストン１０をシリンダー２にさらに追加挿入させることによって、ベントナイト高密度固状体１５をシリンダー２から支持筒体１７内に押し出している。
【００６５】
又、ベントナイト高密度固状体１５の取り出しは、この他にもピストン１０を撤去してから、蓋４を取り外すと共にシリンダー２の下方端側から新規のピストンを挿入させてシリンダー２の上方端側からベントナイト高密度固状体１５を取り出したり、蓋４に換えてピストンを嵌入する他の実施形態の場合には、ピストンをそのまま挿入させることで、ベントナイト高密度固状体１５を取り出すこともできる。
【００６６】
そして、本発明によって製造されたベントナイト高密度固状体は、その用途に対応させながら、その大きさを任意に構成できるものであり、仮に試験供試体として提供する場合には、４１Φ×４０Ｈの形状に製作することも可能にし、実際の現場に適用する場合には、装置の大型化を図ることで種々の寸法に作製しながら要求性能に対処することができるものである。
【００６７】
以上のように、本実施の形態におけるベントナイト高密度固状体は、廃棄物充填材を上記の工程に従って構成することで、廃棄物充填材に求められる遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亘って維持できる特性を一層増強させると共に各種特性を迅速に測定するために求められる殆ど充分な試験供試体を短時間で容易に確保しながら確実に提供できるものである。
【００６８】
しかして、本発明によるベントナイト高密度固状体の製造装置と製造方法は、目標の約１００％に迫る遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亘って維持できる特性を追求することができる。
【００６９】
即ち、以下に説明する他の実施の形態では、ベントナイト高密度固状体を目標にする乾燥密度の飽和供試体として作成できるものである。
【００７０】
本実施の形態は、所定含水比によって空気ゼロの状態を維持する供試体を作成する手段と、炭酸ガス雰囲気中で所定密度にプレス成形することで空気と置換した残存の炭酸ガスを水に溶解させて消滅する手段とを併用することで、飽和状態の供試体を短時間で作成している。
【００７１】
図３は、本実施の形態において、粒状ベントナイトを炭酸ガス雰囲気中で製造装置１に投入した工程を示している。
【００７２】
本工程において、製造装置１に投入される粒状ベントナイト９’は、含水量を調節された粒状ベントナイト９をビニール袋もしくは市販されているグローブボックス等の炭酸ガス封入容器１８の中に入れてから、炭酸ガスボンベ１９からの炭酸ガスを炭酸ガス封入容器中に吹き込むことによって満たしていた空気を追い出して製造されるものであり、次いでの含有されている空気を粒状ベントナイト９から排除するための操作は、炭酸ガス封入容器１８を攪拌しながら粒状ベントナイト９を炭酸ガスで洗うようにしている。
【００７３】
粒状ベントナイト９’は、以上の操作を複数回実施することによって、空気の全く無い炭酸ガスと水と粒状ベントナイト９のみから構成されることになっており、図３での工程では、所定含水比によって空気ゼロの状態を維持できる粒状ベントナイト９’を製造装置１に投入することで供試体を作成するための準備態勢を完了している。
【００７４】
本実施の形態における以降の工程は、製造装置１を炭酸ガス雰囲気中に保持することで空気を炭酸ガス封入容器１８から追い出している以外は、図１、２に示した上記実施の形態における以降の工程と全く同様である。
【００７５】
上記に図示した例のように、以降の工程では、炭酸ガスを真空ボンプで吸引することによって、空気がゼロの極めて希薄な炭酸ガス封入容器１８の中で粒状ベントナイト９’を所定の圧力でプレスすることになり、空気含有量ゼロで炭酸ガスもほとんど含まない所定密度で飽和状態にあるベントナイト高密度固状体を作成することが出来る。
【００７６】
図４は、ベントナイト高密度固状体１５’のミクロな構造を概念的に示したものである。
【００７７】
以上の工程において、上記の実施の形態では、炭酸ガス雰囲気でないために空気のミクロな気泡が約１％の微量ながら残存することになり、これを排除することに時間を要していた。しかるに、本実施の形態では、粒状ベントナイト９’が炭酸ガス雰囲気の炭酸ガス封入容器１８の中で作成されるので、空気のミクロな気泡はゼロであり、仮に微量の炭酸ガスが残った場合でも、炭酸ガスの気泡は周囲の水に溶解することによって炭酸ガスは水で置き換えられることになるので、本実施の形態で作成されるベントナイト高密度固状体１５’は、残存空気ゼロの理想的な供試体を作成できている。
【００７８】
以上の工程によって製造されたベントナイト高密度固状体は、上記実施の形態に比較して、残存空気ゼロの廃棄物充填材を構成しており、廃棄物充填材に求められる遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亘って維持できる特性を一層増強させると共に、各種特性を迅速に測定できる試験供試体を短時間で容易に確保して確実に提供することができるものである。
【００７９】
図５、６は、本発明によるベントナイト高密度固状体の製造装置と製造方法における他の実施形態を示している。
【００８０】
本実施の形態における特徴は、上述の各実施の形態で説明した製造装置を真空容器中に設置することで、ベントナイト高密度固状体を成型製造するものである。
【００８１】
本実施の形態では、図５（ａ）に示すように、粒状のベントナイト２０は、真空混練容器２１に装填されて真空引きされ、しかる後に所定の含水比にするための水を真空混練容器２１中に投入し、さらに続けて真空混練容器２１を振り回すことで均質な含水比に操作されている。
【００８２】
図５（ｂ）に見る工程では、図１に示した実施の形態であるベントナイト高密度固状体の製造装置１を真空容器２２に設置しており、真空ポンプとの接続とピストン６を真空容器２２の外部に突出させている。
【００８３】
真空混練容器２１は、真空容器２２の挿入口２３に結合され、真空混練容器２１と挿入口２３との各開閉扉を操作して、真空状態が確保される状態を保ちながら、所定の数値に調整されかつ均質にされた含水比の粒状のベントナイト２０をベントナイト高密度固状体の製造装置１に装填している。
【００８４】
しかる後の製造工程とその操作は、上記実施の形態と同様であり、図６（ａ）、（ｂ）に表現している。
【００８５】
図６（ａ）では、ピストン６が矢印２４のように押圧されることで製造装置１のシリンダー２に嵌入されており、ピストン６の嵌入後に真空ポンプを稼働させている。
【００８６】
これによって、シリンダー２内は真空状態に形成されるので、含水量を調節された粒状ベントナイト２０は、真空ポンプの吸引によってその内部に含まれている空気を排除されており、粒状ベントナイト２０は、含入空気量がほぼゼロの状態に構成されることになる。
【００８７】
図６（ｂ）は、外周面にシール構造１３を装備しているピストン６の圧入で、所定密度のベントナイト高密度固状体を成型する工程を示している。
【００８８】
本工程では、シリンダー２の内部と真空容器２２の内部とが真空状態に維持されていることから、粒状ベントナイトは空気ゼロの状態に維持されている。
【００８９】
しかして、ピストン６は、所定の圧力２５でシリンダー２に圧入されており、シリンダー２にさらに挿入されることで粒状ベントナイト２０を圧縮して所定の圧縮密度に成形するものであり、所定の含水比を維持されたベントナイト高密度固状体２６を製造している。
【００９０】
本実施の形態の場合も、シリンダー２の内面には、ピストン６を所定の圧入位置に停止させるためのストッパーが設けられており、ピストン６で計量された所定量の粒状ベントナイトをこの位置まで圧縮することで、ベントナイト高密度固状体２６を所定の高密度に成形している。
【００９１】
以上の工程によって製造されたベントナイト高密度固状体は、上記実施の形態と同様に廃棄物充填材を構成することで、廃棄物充填材に求められる遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亘って維持できる特性を一層増強させると共に、各種特性を迅速に測定できる試験供試体を短時間で容易に確保して確実に提供することができるものである。
【００９２】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による廃棄物充填材のベントナイト高密度固状体及びその製造装置と製造方法は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、出願時において既に公知のものを適用することによる種々の変更が可能であることは、当然のことである。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、埋設廃棄物の格納用躯体と埋設処分孔との間に充填される埋設廃棄物の充填材に混入するベントナイト固状体であって、ベントナイト中の水を飽和状態にして含入空気量をほぼゼロに構成することを特徴としており、廃棄物充填材を施工容易にすると共に、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できる特性を増強させることと各種特性を迅速に測定できる試験供試体を短時間で容易に確保できる効果を発揮している。
【００９４】
また本発明によれば、含入空気を炭酸ガスに置換することを特徴としており、上記効果に加えて、空気ゼロの状態に形成することで特性の充実を更に増強できる効果を発揮している。
【００９５】
また本発明によれば、ベントナイトを所定の密度に成型することを特徴としており、上記効果に加えて、施工容易性と特性の充実を一層増強できる効果を発揮している。
【００９６】
また本発明によれば、両端を開放されたシリンダーとシリンダーの両端に嵌入可能なピストン、シリンダーもしくはピストンの少なくとも一方に設ける通気孔及び通気孔に接続された真空ポンプから構成されており、ベントナイト固状体の成型を容易にできる効果を発揮している。
【００９７】
また本発明によれば、一方のピストンをシリンダーの蓋として構成することを特徴としており、上記効果に加えて、製造装置の安定な設置を可能にできる効果を発揮している。
【００９８】
また本発明によれば、ポーラス板をピストンに備える通気孔の前面に配置することを特徴としており、上記効果に加えて、ベントナイト固状体中に含まれる空気の吸引を容易にできる効果を発揮している。
【００９９】
また本発明によれば、一端を封鎖したシリンダーに含水量を調整した粒状ベントナイトを装填し、次いで、他方端にピストンを嵌入させると共に真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態にして粒状ベントナイトに含まれる空気を吸引し、しかる後に、真空状態の下でピストンの圧入による粒状ベントナイトの圧縮によって所定密度のベントナイト固状体を成型しており、廃棄物充填材を施工容易にし、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できる特性を増強させるベントナイト固状体の製造を確実にできる効果を発揮している。
【０１００】
また本発明によれば、炭酸ガス中で一端を封鎖したシリンダーに含水量を調整した粒状ベントナイトを装填し、次いで、他方端にピストンを嵌入させると共に真空ポンプの吸引と炭酸ガスの供給によってシリンダー内を炭酸ガスに置換し、しかる後に、該炭酸ガス状態の下でピストンの圧入による粒状ベントナイトの圧縮によって所定密度のベントナイト固状体を成型しており、廃棄物充填材を施工容易にし、空気ゼロの状態に形成することで遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できる特性を増強させるベントナイト固状体の製造を確実にできる効果を発揮している。
【０１０１】
また本発明によれば、ベントナイト固状体を成型した後にピストンの再挿入によってシリンダーから取り出すことを特徴としており、上記効果に加えて、ベントナイト固状体の製造を容易にできる効果を発揮している。
【０１０２】
また本発明によれば、ベントナイト固状体を成型した後にピストンの追加挿入によってシリンダーから取り出すことを特徴としており、上記効果に加えて、ベントナイト固状体の製造を容易にできる効果を発揮している。
【図面の簡単な説明】
【 図１】本発明による廃棄物充填材のベントナイト高密度固状体を製造する装置と工程の実施形態図
【 図２】ベントナイト高密度固状体を製造する実施形態の次工程図
【 図３】本発明によるベントナイト高密度固状体を製造する装置と工程を示す他の実施形態図
【 図４】他の実施形態で生成したベントナイト高密度固状体を概念的に示すミクロ構造図
【 図５】本発明によるベントナイト高密度固状体を製造する装置と工程の他の実施形態図
【 図６】ベントナイト高密度固状体を製造する他の実施形態の次工程図
【 図７】産業廃棄物や高、低レベル放射性廃棄物の処分施設
【 図８】埋設廃棄物の概要図
【 図９】埋設廃棄物における充填材の製造方法を示す工程図
【符号の説明】
１ 製造装置、 ２ シリンダー、 ３ 下方端、 ５ 上方端、
６、１０ ピストン、 ７、１１ 通気孔、 ８、１２ ポーラス板、
９、９’、２０ 粒状ベントナイト、 １３ シール構造、 １４ 圧力、
１５、１５’、２６ ベントナイト高密度固状体、 １６ ストッパー、
１７ 支持筒体、 １８ 炭酸ガス封入容器、 １９ 炭酸ガスボンベ、
２１ 真空混練容器、 ２２ 真空容器、 ２３ 挿入口、
２４、２５ 矢印、 ３１ 廃棄物格納用躯体、 ３２、３７ 周辺地盤、
３３、３８、４１ 粘土系充填材、 ３４ 低レベル放射性廃棄物、
３５ 放射性廃棄物格納用躯体、 ３６ 地下空洞、
３９ 廃棄体パッケージ、 ４０ 地下坑道、 ４２ 処分孔、
４３ 隙間、 ４４、４４ 隙間、 ４５隙間充填材、
５０ 充填材の製造方法、 ５１ ベントナイト、 ５２ 水、
５３、５６ 混練、 ５４ ベントナイトスラリー、
５５ ベントナイト高密度固状体、 ５７ ベントナイト・コンクリート、
５８ 打設、
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒状ベントナイトから空気を除去する方法、及びベントナイト固状体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における最大のテーマは、社会産業の発展における結果としての産業廃棄物や一般廃棄物を埋め立てるための廃棄物処分施設の設置、さらには、原子力発電における高、低レベルの放射性廃棄物に関する数百年以上に及ぶ廃棄物の処置を社会生活に障害を与えることなく如何に処理するかである。
【０００３】
産業廃棄物や一般廃棄物を埋め立てるための処分施設では、産業廃棄物が人間の生活環境に影響を与えないようにするために、そこからの漏出汚水が地下に浸透することで環境汚染を引き起こさないように処置することが義務付けられており、地下に埋設するために、図７（ａ）に示すような貯蔵施設が計画されている。
【０００４】
このような施設では、これら廃棄物を格納する躯体として、廃棄物格納用躯体３１が計画されており、廃棄物格納用躯体３１と周辺地盤３２との間に地下水を透過し難い粘土系の充填材３３を設置することが考えられている。
【０００５】
この粘土系充填材３３は、地下水が廃棄物格納用躯体３１の内部に侵入するのを大きく遅らせる、或いは廃棄物中の有毒物質が地下水によって漏出することを防止するために、廃棄物格納用躯体３１の全周を十分な厚さで取り囲む形態に設置すると同時に、廃棄物格納用躯体３１の底部にも粘土系の充填材を敷設することになる。
【０００６】
又、原子力分野における低レベルの放射性廃棄物に関しては、これらの低レベル放射性廃棄物が人間の生活環境に影響を与えないようにするために、図７（ｂ）に示すように、低レベルの放射性廃棄物３４を放射性廃棄物格納用躯体３５に貯蔵して、地下空洞３６に埋設する施設が計画されている。
【０００７】
このような施設においても、貯蔵した放射性廃棄物を格納する放射性廃棄物格納用躯体３５と周辺地盤３７との間に地下水を透過しにくい粘土系の充填材３８を設置することが考えられている。
【０００８】
この粘土系充填材３８も、地下水の放射性廃棄物格納用躯体３５の内部に侵入するのを大きく遅らせる、或いは放射性廃棄物３４の中の有毒物質や放射性核種が浸入してきた地下水中に溶出することで施設外に漏出するのを防止するために、図示のように放射性廃棄物格納用躯体３５の全周を十分な厚さで取り囲む形態で設置されると同時に、放射性廃棄物格納用躯体３５の底部にも粘土系の充填材３８が敷設されることになる。
【０００９】
さらに、高レベル放射性廃棄物を人間の生活環境から安全に隔離するためには、高レベル放射性廃棄物を図７（ｃ）に示すように堅固な金属容器に収納するための廃棄体パッケージ３９を、地下数百ｍの以深に掘削された地下坑道４０に縦向きに埋設処分する高レベル放射性廃棄物処分施設も計画されており、この処分施設でも、廃棄体パッケージ３９と地下坑道４０の隙間に粘土系の充填材４１を設置することが考えられている。
【００１０】
この粘土系充填材４１の場合も、地下水の廃棄体パッケージ３９ヘの接触を抑制すること、廃棄体パッケージ３９から放射性核種が浸入してきた地下水中に溶出することによって施設外へ漏出すること等を抑止するために、図示のように廃棄体パッケージ３９の全周を十分な厚さで取り囲む形態に設置され、同時に廃棄体パッケージ３９の底部にも粘土系の充填材４１が敷設されている。
【００１１】
しかして、上記の産業廃棄物或いは放射性廃棄物の処分施設においては、千年や万年単位の長期間に亘って、施設が所要のバリア機能を有していることが重要とされており、廃棄物格納用躯体や廃棄体パッケージ周囲に設置される粘土系充填材には、長期に亘って遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を維持できることが必要とされている。
【００１２】
このために、廃棄物格納用躯体３１や放射性廃棄物格納用躯体３５或いは廃棄体パッケージ３９の周辺に充填される粘土系充填材３３、３８、４１としては、ベントナイト粉末或いはベントナイトに砂あるいは砂礫などの骨材を混合したものを、１．３〜２．５Ｍｇ／ｍ3程度の密度に締固めた充填材を使うことが考えられている。
【００１３】
ベントナイト系充填材は、透水係数が著しく小さいので地下水が廃棄体に接触する量を抑制できるし、拡散現象による放射性核種の漏出も抑制できる。又、廃棄体容器が長期間の腐食によって体積膨張する場合を想定しても、ベントナイト系充填材が力学的な緩衝効果を発揮すると考えられている。
【００１４】
しかるに、１００％配合のベントナイト系充填材の場合に、現場施工によって乾燥密度１．３Ｍｇ／ｍ3以上のベントナイト系充填材を構築することは困難であると言われている。
【００１５】
同様に、骨材配合率２０％の充填材でも、乾燥密度１．６Ｍｇ／ｍ3以上のベントナイト系充填材を構築することも困難であると言われている。
【００１６】
以上の実態から、現状では、１００％配合のベントナイト系充填材の場合には、現場施工によって乾燥密度１．３Ｍｇ／ｍ3以上のベントナイト系充填材を構築することや、骨材配合率２０％の充填材では、乾燥密度１．６Ｍｇ／ｍ3以上のベントナイト系充填材充填材を構築するためには、事前に機械成型加工によらなければならないとされていた。
【００１７】
従って、我が国での高レベル放射性廃棄物は、図８に示すように堅固な金属容器に収納した廃棄体パッケージ３９を、地下数百ｍ以上の深さに掘削された地下坑道４０の処分孔４２に縦向きに埋設処分する処分施設では、廃棄体パッケージ３９と処分孔４２との隙間４３にブロック状に加工された粘土系の充填材４１を設置することが考えられている。
【００１８】
このために、成形加工されたブロック状の粘土系充填材４１を積み重ねて構築する場合には、施工時に生じるブロック間の隙間が水みちとなることの危倶が伴っており、廃棄体パッケージ３９と処分孔４２との隙間４３や内側の廃棄体パッケージ３９との間に存在する間隙４４に隙間充填材４５を設置することが必須になっている。
【００１９】
そこで、本発明者等は、廃棄体パッケージ３９と処分孔４２との隙間４３に設置するブロック状に加工された粘土系の充填材４１を排除することで、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立すると共に、長期に亘って維持できる充填材を容易に施工できる埋設廃棄物の充填材と製造方法及びその施工方法を、特願２００２−９５１３ 号として既に提案している。
本提案による充填材の製造方法５０は、図９にその工程を示すように、粉末状のベントナイト５１に水５２を注入しながら、これを混練５３することでベントナイトスラリー５４を練成している。
【００２０】
次いで、このベントナイトスラリー５４に密度の大きな粒状のベントナイト高密度固状体５５を追加して混練５６することを特徴にしており、これによって、ベントナイトと水を主成分とする複合粘性流体のベントナイト・コンクリート７を練成している。
【００２１】
しかして、充填材の施工方法は、このベントナイト・コンクリート５７を埋設廃棄物の格納用躯体と埋設処分孔との隙間に流体として満遍無くかつ効率良く打設５８できるものであり、通常のセメントコンクリートと同様の施工方法である一般的なポンプ打設法や流し込み打設法を採用することを可能にしている。
【００２２】
そして、ベントナイト・コンクリートは、打設後においてベントナイトスラリー部とベントナイト固状体との含水比が均一になってベントナイトと水との組成比が全体的に均質になって、流体であったものが最終的に固化することになる。
【００２３】
従って、既提案による埋設廃棄物の充填材は、従来のようにブロック状の充填材部材を積み重ねる構築方法と違って流体として打設できることから、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できると共に、セメントコンクリートの打設と同程度の施工効率で構築することができるものである。
【００２４】
しかして、既提案による埋設廃棄物の充填材は、ベントナイト１００％の粒状固状体を用いているが、本ベントナイト固状体は、固状体部に空気を含んでいるのが実態である。
【００２５】
即ち、ベントナイト・コンクリート中に、ベントナイト固状体が体積百分率７０％を占めていて、その乾燥密度を２．３Ｍｇ／ｍ3とした場合には、固状体部中に含まれている空気が、作成されたベントナイト・コンクリート中に体積百分率６％程度存在しており、この場合におけるベントナイト・コンクリートの乾燥密度は、１．５８Ｍｇ／ｍ3程度になっている。
【００２６】
これに対して、空気が全く排除された場合を想定して計算すると、ベントナイトスラリー中に体積比をスラリー：固状体＝０．３：０．７の比率で混練するとして、乾燥密度が２．３Ｍｇ／ｍ3程度のベントナイト固状体を使った場合にできあがるベントナイト・コンクリートの乾燥密度は、（２．３×０．７＋０．１３×０．３）÷１＝１．６５Ｍｇ／ｍ3程度であり、湿潤密度は２．０４Ｍｇ／ｍ3程度（含水比２４％）になる。
【００２７】
従って、空気を全く排除した、密度約２．３Ｍｇ／ｍ3程度であるベントナイト１００％の粒状固状体を、ベントナイトスラリー中に体積比、スラリー：固状体＝０．３：０．７の比率で混練することによって、空気が残っている場合に比べてより大きな密度のベントナイト・コンクリートを造ることができる。
【００２８】
さらに、この材料中のベントナイト固状体は、短時間では水に溶けないので、ベントナイトスラリー中に漂う状態になって、当該材料は全体として流体状に振る舞うことになり、セメントコンクリートにおける粗骨材・細骨材とセメントミルクとの混練状態に類似した状態をいっそう増長するものである。
【００２９】
以上のことから、廃棄物充填材を構成している粒状のベントナイト固状体を、そこに含まれている空気がゼロになるように造形することが出来ると、廃棄物充填材に求められる長期に亘っての遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を維持できる特性を、さらに向上させることが可能になる。
【００３０】
一方、粘土系充填材は、地下に埋設する廃棄物の周囲に設置するものなので、水で飽和した状態における透水係数、拡散係数、力学特性等の各種特性を測定したいが、粘土系充填材は、透水性が極めて小さく１Ｅ−８ｍ／ｓ〜１Ｅ−１４ｍ／ｓであることから、粘土系充填材の試験供試体を水で飽和させるためには１ヶ月以上の長期間を要するのが実情であり、各種特性を迅速に測定できる試験供試体の確保が嘱望されていた。
【００３１】
しかるに、現状においては、難透水性材料について飽和状態の供試体を作るのに長時間が必要であることから、供試体の圧縮成型段階において水で飽和した高密度のベントナイト固状体を作りたいが、上述したように、廃棄物の周囲に設置して地下水への漏洩を防止するために用いるベントナイト系粘土等の難透水性粘土は、透水係数が１Ｅ−８ｍ／ｓ〜１Ｅ−１４ｍ／ｓと非常に難透水性を呈しなければならないので、透水試験や力学試験を実施する際には、供試体に高い圧力で水を注入して徐々に水を浸潤させることで飽和状態にする必要がある。
【００３２】
さらに、当該材料は、地下１００ｍの坑道に廃棄物を埋設する際の漏出防止材料として使用するものであることから、実際の条件を模擬する必要があり、このために、地下水で飽和した上で透水係数を上記のように小さくした試験用の供試体を作成することになるが、透水係数１Ｅ−１２ｍ／ｓ程度の材料で厚さ５０ｍｍ程度の供試体を飽和させるためには、約３ヶ月を要すると言う具合に長時間を要することになる。
【００３３】
【表１】
【００３４】
以上のように、難透水性粘土は、透水試験や力学試験を実施する際の供試体として、高い圧力で水を注入しながら徐々に浸潤させて飽和状態にする必要があるが、高密度で難透水性を呈しなければならないので、水で飽和したベントナイト固状体を作るにも、空気が含有されることで目標値の遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亘って維持できる特性を追求することは困難であった。
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の状況に鑑みて提案するものであり、ベントナイトに混入させるためのベントナイト固状体を、含有する空気をゼロにした高密度に造形することで施工を容易にすると共に、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立しながら長期に亘って維持できる特性をさらに増強させることや各種特性を迅速に測定できる試験供試体を短時間で容易に確保できる粒状ベントナイトの空気除去方法及びベントナイト固状体の製造方法を提供している。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明である粒状ベントナイトの空気除去方法は、粒状ベントナイトから空気を除去する方法であって、一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、粒状ベントナイトを装填したシリンダーの他方端にピストンを嵌入させると共に、真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態に維持する工程と、前記シリンダー内が真空状態の下で前記ピストンの圧入によって前記粒状ベントナイトを圧縮する工程とを含むことを特徴とする。
【００３７】
請求項２に記載の発明である粒状ベントナイトの空気除去方法は、粒状ベントナイトから空気を除去する方法であって、炭酸ガスを吹き込むことによって空気を追い出した炭酸ガス封入容器の中において一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、前記シリンダーに粒状ベントナイトを装填した状態で前記炭酸ガス封入容器を撹拌する工程と、前記シリンダーの他方端にピストンを嵌入させ、真空ポンプによって炭酸ガスを吸引すると共に、シリンダーに装填した粒状ベントナイトをプレスする工程とを含むことを特徴とする。
【００３８】
請求項３に記載の発明であるベントナイト固状体の製造方法は、ベントナイトスラリーから埋設廃棄物の格納用躯体と埋設処分孔との間に充填される廃棄物充填材を練成する際に適用され、ベントナイトスラリーに追加して混練されるベントナイト固状体を製造する方法であって、一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、粒状ベントナイトを装填したシリンダーの他方端にピストンを嵌入させると共に、真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態に維持する工程と、前記シリンダー内が真空状態の下で前記ピストンの圧入による前記粒状ベントナイトの圧縮によって所定密度のベントナイト固状体を成型する工程とを含むことを特徴とする。
【００３９】
請求項４に記載の発明であるベントナイト固状体の製造方法は、ベントナイトスラリーから埋設廃棄物の格納用躯体と埋設処分孔との間に充填される廃棄物充填材を練成する際に適用され、ベントナイトスラリーに追加して混練されるベントナイト固状体を製造する方法であって、炭酸ガスを吹き込むことによって空気を追い出した炭酸ガス封入容器の中において一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、前記シリンダーに粒状ベントナイトを装填した状態で前記炭酸ガス封入容器を撹拌する工程と、前記シリンダーの他方端にピストンを嵌入させ、真空ポンプによって炭酸ガスを吸引すると共に、シリンダーに装填した粒状ベントナイトをプレスすることによって所定密度のベントナイト固状体を成型する工程とを含むことを特徴とする。
【００４０】
請求項５に記載のベントナイト固状体の製造方法は、請求項３又は４に記載の製造方法において、ベントナイト固状体が、成型された後にピストンの追加挿入によってシリンダーから取り出されることを特徴とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明による廃棄物充填材のベントナイト高密度固状体は、ベントナイト中の水を飽和状態にして含入空気量をほぼゼロに構成するものであり、両端を開放されたシリンダーとシリンダーの両端に嵌入可能なピストン、シリンダーもしくはピストンの少なくとも一方に設ける通気孔及び通気孔に接続された真空ポンプから構成される製造装置を用いながら、シリンダーの一端を封鎖して含水量を調整した粒状ベントナイトを装填し、次いで、他方端にピストンを嵌入させると共に真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態にして粒状ベントナイトに含まれる空気を吸引し、しかる後に、真空状態の下でピストンの圧入による粒状ベントナイトの圧縮によって所定密度のベントナイト高密度固状体を成型することで製造している。
【００４７】
これによって製造されたベントナイト高密度固状体は、廃棄物充填材を施工容易にし、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できる特性を増強させている。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４８】
図１、２は、本発明によるベントナイト高密度固状体を製造する装置と製造方法の実施の形態を示している。
【００４９】
本実施の形態において、ベントナイト高密度固状体の製造装置１は、両端を開放されているシリンダー２とこのシリンダー２の下方端３に配置されている蓋４及びシリンダー２の上方端５から嵌入されるピストン６から構成されている。
【００５０】
蓋４には、シリンダー２の中央部に該当する位置に通気孔７を設けており、この通気孔７には、図示されていない真空ポンプが接続されている。尚、蓋４は本実施の形態に限定されるものでなく、上記ピストン６と同様の形状であってシリンダー２の下方端３から嵌入されるピストンでも採用できるものである。
【００５１】
又、通気孔７は、図１（ａ）に見られる本実施の形態のように、蓋４に特定して設けるものでなく、シリンダーに投入される粒状ベントナイトから空気を吸引できる位置であれば、任意の位置に設けられるものであり、ピストン６もしくはシリンダー２のいずれの位置に設置することも可能である。
【００５２】
本発明によるベントナイト高密度固状体の製造方法では、シリンダー２に含水量を調節された粒状ベントナイト９を投入した後に、図１（ｂ）に示されるようにピストン６をシリンダー２に嵌入している。
【００５３】
しかして、本実施の形態では粒状ベントナイト９の投入に先だって、ポーラス板８が、シリンダー２の下方端３側に配置されている。
【００５４】
即ち、本発明では、蓋４で封鎖しているシリンダー２に粒状ベントナイト９を投入した後にピストン６を嵌入してベントナイト固状体中に含まれる空気を吸引するが、ポーラス板８は、この際にベントナイト固状体中の空気が容易に吸引されるように機能している。
【００５５】
本実施の形態では、図１（ｂ）のようにシリンダー２に含水量を調節された粒状ベントナイト９を投入してピストン６を嵌入した後に、真空ポンプを稼働させている。
【００５６】
これによって、シリンダー２内は真空状態に形成されるので、含水量を調節された粒状ベントナイト９は、真空ポンプの吸引によってその内部に含まれている空気を蓋４の通気孔７から排除されており、粒状ベントナイト９は、含入空気量がほぼゼロの状態に構成されることになる。
【００５７】
図２（ａ）は、ピストン１０に別途の通気孔１１とその先端に配置されるポーラス板１２を設けている他の実施の形態を示しており、粒状ベントナイト９の内部に含まれている空気を図１（ｂ）の実施の形態よりも急速かつ完全に除去することができる。
【００５８】
尚、本実施の形態では、ピストン１０の外周面にＯリング等のシール構造１３を装備させており、外側からシリンダー２に空気が侵入するのを防止しているが、このような処置は、他の部位においても必要に応じて適宜に採用できるものである。
【００５９】
図２（ｂ）は、外周面にシール構造１３を装備しているピストン１０を嵌入させた実施の形態で、所定密度のベントナイト高密度固状体を成型する工程を示している。
【００６０】
本工程では、シリンダー２の内部を、上記の工程で形成した真空状態に維持したままで実施されるものであり、粒状ベントナイトは、空気ゼロの状態を維持されている。
【００６１】
しかして、ピストン１０は、所定の圧力１４でシリンダー２に圧入されており、シリンダー２にさらに挿入されることで粒状ベントナイトを圧縮して所定の圧縮密度に成形するものであり、所定の含水比を維持されたベントナイト高密度固状体１５を製造している。
【００６２】
このために、シリンダー２の内面には、ピストン１０を所定の圧入位置に停止させるためのストッパー１６が設けられており、ピストン１０で計量された所定量の粒状ベントナイトをこの位置まで圧縮することで、ベントナイト高密度固状体１５を所定の高密度に成形している。
【００６３】
即ち、本実施の形態では、ベントナイト高密度固状体１５を乾燥密度０．８Ｍ／ｍ3の飽和供試体として作成することを目標にしたが、結果として乾燥密度０．７８Ｍ／ｍ3を確保して目標の約９９％に至る飽和度の供試体を作成できている。
【００６４】
その後において、ベントナイト高密度固状体１５は、シリンダー２から取り出される。この工程は、図２（ｃ）に示すようにシリンダー２から蓋４を取り外すと同時にストッパー１６を撤去してから、シリンダー２を支持筒体１７に設置してから実施するものであり、ピストン１０をシリンダー２にさらに追加挿入させることによって、ベントナイト高密度固状体１５をシリンダー２から支持筒体１７内に押し出している。
【００６５】
又、ベントナイト高密度固状体１５の取り出しは、この他にもピストン１０を撤去してから、蓋４を取り外すと共にシリンダー２の下方端側から新規のピストンを挿入させてシリンダー２の上方端側からベントナイト高密度固状体１５を取り出したり、蓋４に換えてピストンを嵌入する他の実施形態の場合には、ピストンをそのまま挿入させることで、ベントナイト高密度固状体１５を取り出すこともできる。
【００６６】
そして、本発明によって製造されたベントナイト高密度固状体は、その用途に対応させながら、その大きさを任意に構成できるものであり、仮に試験供試体として提供する場合には、４１Φ×４０Ｈの形状に製作することも可能にし、実際の現場に適用する場合には、装置の大型化を図ることで種々の寸法に作製しながら要求性能に対処することができるものである。
【００６７】
以上のように、本実施の形態におけるベントナイト高密度固状体は、廃棄物充填材を上記の工程に従って構成することで、廃棄物充填材に求められる遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亘って維持できる特性を一層増強させると共に各種特性を迅速に測定するために求められる殆ど充分な試験供試体を短時間で容易に確保しながら確実に提供できるものである。
【００６８】
しかして、本発明によるベントナイト高密度固状体の製造装置と製造方法は、目標の約１００％に迫る遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亘って維持できる特性を追求することができる。
【００６９】
即ち、以下に説明する他の実施の形態では、ベントナイト高密度固状体を目標にする乾燥密度の飽和供試体として作成できるものである。
【００７０】
本実施の形態は、所定含水比によって空気ゼロの状態を維持する供試体を作成する手段と、炭酸ガス雰囲気中で所定密度にプレス成形することで空気と置換した残存の炭酸ガスを水に溶解させて消滅する手段とを併用することで、飽和状態の供試体を短時間で作成している。
【００７１】
図３は、本実施の形態において、粒状ベントナイトを炭酸ガス雰囲気中で製造装置１に投入した工程を示している。
【００７２】
本工程において、製造装置１に投入される粒状ベントナイト９’は、含水量を調節された粒状ベントナイト９をビニール袋もしくは市販されているグローブボックス等の炭酸ガス封入容器１８の中に入れてから、炭酸ガスボンベ１９からの炭酸ガスを炭酸ガス封入容器中に吹き込むことによって満たしていた空気を追い出して製造されるものであり、次いでの含有されている空気を粒状ベントナイト９から排除するための操作は、炭酸ガス封入容器１８を攪拌しながら粒状ベントナイト９を炭酸ガスで洗うようにしている。
【００７３】
粒状ベントナイト９’は、以上の操作を複数回実施することによって、空気の全く無い炭酸ガスと水と粒状ベントナイト９のみから構成されることになっており、図３での工程では、所定含水比によって空気ゼロの状態を維持できる粒状ベントナイト９’を製造装置１に投入することで供試体を作成するための準備態勢を完了している。
【００７４】
本実施の形態における以降の工程は、製造装置１を炭酸ガス雰囲気中に保持することで空気を炭酸ガス封入容器１８から追い出している以外は、図１、２に示した上記実施の形態における以降の工程と全く同様である。
【００７５】
上記に図示した例のように、以降の工程では、炭酸ガスを真空ボンプで吸引することによって、空気がゼロの極めて希薄な炭酸ガス封入容器１８の中で粒状ベントナイト９’を所定の圧力でプレスすることになり、空気含有量ゼロで炭酸ガスもほとんど含まない所定密度で飽和状態にあるベントナイト高密度固状体を作成することが出来る。
【００７６】
図４は、ベントナイト高密度固状体１５’のミクロな構造を概念的に示したものである。
【００７７】
以上の工程において、上記の実施の形態では、炭酸ガス雰囲気でないために空気のミクロな気泡が約１％の微量ながら残存することになり、これを排除することに時間を要していた。しかるに、本実施の形態では、粒状ベントナイト９’が炭酸ガス雰囲気の炭酸ガス封入容器１８の中で作成されるので、空気のミクロな気泡はゼロであり、仮に微量の炭酸ガスが残った場合でも、炭酸ガスの気泡は周囲の水に溶解することによって炭酸ガスは水で置き換えられることになるので、本実施の形態で作成されるベントナイト高密度固状体１５’は、残存空気ゼロの理想的な供試体を作成できている。
【００７８】
以上の工程によって製造されたベントナイト高密度固状体は、上記実施の形態に比較して、残存空気ゼロの廃棄物充填材を構成しており、廃棄物充填材に求められる遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亘って維持できる特性を一層増強させると共に、各種特性を迅速に測定できる試験供試体を短時間で容易に確保して確実に提供することができるものである。
【００７９】
図５、６は、本発明によるベントナイト高密度固状体の製造装置と製造方法における他の実施形態を示している。
【００８０】
本実施の形態における特徴は、上述の各実施の形態で説明した製造装置を真空容器中に設置することで、ベントナイト高密度固状体を成型製造するものである。
【００８１】
本実施の形態では、図５（ａ）に示すように、粒状のベントナイト２０は、真空混練容器２１に装填されて真空引きされ、しかる後に所定の含水比にするための水を真空混練容器２１中に投入し、さらに続けて真空混練容器２１を振り回すことで均質な含水比に操作されている。
【００８２】
図５（ｂ）に見る工程では、図１に示した実施の形態であるベントナイト高密度固状体の製造装置１を真空容器２２に設置しており、真空ポンプとの接続とピストン６を真空容器２２の外部に突出させている。
【００８３】
真空混練容器２１は、真空容器２２の挿入口２３に結合され、真空混練容器２１と挿入口２３との各開閉扉を操作して、真空状態が確保される状態を保ちながら、所定の数値に調整されかつ均質にされた含水比の粒状のベントナイト２０をベントナイト高密度固状体の製造装置１に装填している。
【００８４】
しかる後の製造工程とその操作は、上記実施の形態と同様であり、図６（ａ）、（ｂ）に表現している。
【００８５】
図６（ａ）では、ピストン６が矢印２４のように押圧されることで製造装置１のシリンダー２に嵌入されており、ピストン６の嵌入後に真空ポンプを稼働させている。
【００８６】
これによって、シリンダー２内は真空状態に形成されるので、含水量を調節された粒状ベントナイト２０は、真空ポンプの吸引によってその内部に含まれている空気を排除されており、粒状ベントナイト２０は、含入空気量がほぼゼロの状態に構成されることになる。
【００８７】
図６（ｂ）は、外周面にシール構造１３を装備しているピストン６の圧入で、所定密度のベントナイト高密度固状体を成型する工程を示している。
【００８８】
本工程では、シリンダー２の内部と真空容器２２の内部とが真空状態に維持されていることから、粒状ベントナイトは空気ゼロの状態に維持されている。
【００８９】
しかして、ピストン６は、所定の圧力２５でシリンダー２に圧入されており、シリンダー２にさらに挿入されることで粒状ベントナイト２０を圧縮して所定の圧縮密度に成形するものであり、所定の含水比を維持されたベントナイト高密度固状体２６を製造している。
【００９０】
本実施の形態の場合も、シリンダー２の内面には、ピストン６を所定の圧入位置に停止させるためのストッパーが設けられており、ピストン６で計量された所定量の粒状ベントナイトをこの位置まで圧縮することで、ベントナイト高密度固状体２６を所定の高密度に成形している。
【００９１】
以上の工程によって製造されたベントナイト高密度固状体は、上記実施の形態と同様に廃棄物充填材を構成することで、廃棄物充填材に求められる遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亘って維持できる特性を一層増強させると共に、各種特性を迅速に測定できる試験供試体を短時間で容易に確保して確実に提供することができるものである。
【００９２】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による廃棄物充填材のベントナイト高密度固状体及びその製造装置と製造方法は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、出願時において既に公知のものを適用することによる種々の変更が可能であることは、当然のことである。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、埋設廃棄物の格納用躯体と埋設処分孔との間に充填される埋設廃棄物の充填材に混入するベントナイト固状体であって、ベントナイト中の水を飽和状態にして含入空気量をほぼゼロに構成することを特徴としており、廃棄物充填材を施工容易にすると共に、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できる特性を増強させることと各種特性を迅速に測定できる試験供試体を短時間で容易に確保できる効果を発揮している。
【００９４】
また本発明によれば、含入空気を炭酸ガスに置換することを特徴としており、上記効果に加えて、空気ゼロの状態に形成することで特性の充実を更に増強できる効果を発揮している。
【００９５】
また本発明によれば、ベントナイトを所定の密度に成型することを特徴としており、上記効果に加えて、施工容易性と特性の充実を一層増強できる効果を発揮している。
【００９６】
また本発明によれば、両端を開放されたシリンダーとシリンダーの両端に嵌入可能なピストン、シリンダーもしくはピストンの少なくとも一方に設ける通気孔及び通気孔に接続された真空ポンプから構成されており、ベントナイト固状体の成型を容易にできる効果を発揮している。
【００９７】
また本発明によれば、一方のピストンをシリンダーの蓋として構成することを特徴としており、上記効果に加えて、製造装置の安定な設置を可能にできる効果を発揮している。
【００９８】
また本発明によれば、ポーラス板をピストンに備える通気孔の前面に配置することを特徴としており、上記効果に加えて、ベントナイト固状体中に含まれる空気の吸引を容易にできる効果を発揮している。
【００９９】
また本発明によれば、一端を封鎖したシリンダーに含水量を調整した粒状ベントナイトを装填し、次いで、他方端にピストンを嵌入させると共に真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態にして粒状ベントナイトに含まれる空気を吸引し、しかる後に、真空状態の下でピストンの圧入による粒状ベントナイトの圧縮によって所定密度のベントナイト固状体を成型しており、廃棄物充填材を施工容易にし、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できる特性を増強させるベントナイト固状体の製造を確実にできる効果を発揮している。
【０１００】
また本発明によれば、炭酸ガス中で一端を封鎖したシリンダーに含水量を調整した粒状ベントナイトを装填し、次いで、他方端にピストンを嵌入させると共に真空ポンプの吸引と炭酸ガスの供給によってシリンダー内を炭酸ガスに置換し、しかる後に、該炭酸ガス状態の下でピストンの圧入による粒状ベントナイトの圧縮によって所定密度のベントナイト固状体を成型しており、廃棄物充填材を施工容易にし、空気ゼロの状態に形成することで遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できる特性を増強させるベントナイト固状体の製造を確実にできる効果を発揮している。
【０１０１】
また本発明によれば、ベントナイト固状体を成型した後にピストンの再挿入によってシリンダーから取り出すことを特徴としており、上記効果に加えて、ベントナイト固状体の製造を容易にできる効果を発揮している。
【０１０２】
また本発明によれば、ベントナイト固状体を成型した後にピストンの追加挿入によってシリンダーから取り出すことを特徴としており、上記効果に加えて、ベントナイト固状体の製造を容易にできる効果を発揮している。
【図面の簡単な説明】
【 図１】本発明による廃棄物充填材のベントナイト高密度固状体を製造する装置と工程の実施形態図
【 図２】ベントナイト高密度固状体を製造する実施形態の次工程図
【 図３】本発明によるベントナイト高密度固状体を製造する装置と工程を示す他の実施形態図
【 図４】他の実施形態で生成したベントナイト高密度固状体を概念的に示すミクロ構造図
【 図５】本発明によるベントナイト高密度固状体を製造する装置と工程の他の実施形態図
【 図６】ベントナイト高密度固状体を製造する他の実施形態の次工程図
【 図７】産業廃棄物や高、低レベル放射性廃棄物の処分施設
【 図８】埋設廃棄物の概要図
【 図９】埋設廃棄物における充填材の製造方法を示す工程図
【符号の説明】
１ 製造装置、 ２ シリンダー、 ３ 下方端、 ５ 上方端、
６、１０ ピストン、 ７、１１ 通気孔、 ８、１２ ポーラス板、
９、９’、２０ 粒状ベントナイト、 １３ シール構造、 １４ 圧力、
１５、１５’、２６ ベントナイト高密度固状体、 １６ ストッパー、
１７ 支持筒体、 １８ 炭酸ガス封入容器、 １９ 炭酸ガスボンベ、
２１ 真空混練容器、 ２２ 真空容器、 ２３ 挿入口、
２４、２５ 矢印、 ３１ 廃棄物格納用躯体、 ３２、３７ 周辺地盤、
３３、３８、４１ 粘土系充填材、 ３４ 低レベル放射性廃棄物、
３５ 放射性廃棄物格納用躯体、 ３６ 地下空洞、
３９ 廃棄体パッケージ、 ４０ 地下坑道、 ４２ 処分孔、
４３ 隙間、 ４４、４４ 隙間、 ４５隙間充填材、
５０ 充填材の製造方法、 ５１ ベントナイト、 ５２ 水、
５３、５６ 混練、 ５４ ベントナイトスラリー、
５５ ベントナイト高密度固状体、 ５７ ベントナイト・コンクリート、
５８ 打設、
Claims (5)
- 粒状ベントナイトから空気を除去する方法であって、
一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、
粒状ベントナイトを装填したシリンダーの他方端にピストンを嵌入させると共に、真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態に維持する工程と、
前記シリンダー内が真空状態の下で前記ピストンの圧入によって前記粒状ベントナイトを圧縮する工程と
を含むことを特徴とする粒状ベントナイトの空気除去方法。 - 粒状ベントナイトから空気を除去する方法であって、
炭酸ガスを吹き込むことによって空気を追い出した炭酸ガス封入容器の中において一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、
前記シリンダーに粒状ベントナイトを装填した状態で前記炭酸ガス封入容器を撹拌する工程と、
前記シリンダーの他方端にピストンを嵌入させ、真空ポンプによって炭酸ガスを吸引すると共に、シリンダーに装填した粒状ベントナイトをプレスする工程と
を含むことを特徴とする粒状ベントナイトの空気除去方法。 - ベントナイトスラリーから埋設廃棄物の格納用躯体と埋設処分孔との間に充填される廃棄物充填材を練成する際に適用され、ベントナイトスラリーに追加して混練されるベントナイト固状体を製造する方法であって、
一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、
粒状ベントナイトを装填したシリンダーの他方端にピストンを嵌入させると共に、真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態に維持する工程と、
前記シリンダー内が真空状態の下で前記ピストンの圧入による前記粒状ベントナイトの圧縮によって所定密度のベントナイト固状体を成型する工程と
を含むことを特徴とするベントナイト固状体の製造方法。 - ベントナイトスラリーから埋設廃棄物の格納用躯体と埋設処分孔との間に充填される廃棄物充填材を練成する際に適用され、ベントナイトスラリーに追加して混練されるベントナイト固状体を製造する方法であって、
炭酸ガスを吹き込むことによって空気を追い出した炭酸ガス封入容器の中において一端を封鎖したシリンダーに含水量を調節した粒状ベントナイトを装填する工程と、
前記シリンダーに粒状ベントナイトを装填した状態で前記炭酸ガス封入容器を撹拌する工程と、
前記シリンダーの他方端にピストンを嵌入させ、真空ポンプによって炭酸ガスを吸引すると共に、シリンダーに装填した粒状ベントナイトをプレスすることによって所定密度のベントナイト固状体を成型する工程と
を含むことを特徴とするベントナイト固状体の製造方法。 - ベントナイト固状体が、成型された後にピストンの追加挿入によってシリンダーから取り出されることを特徴とする請求項３又は４に記載のベントナイト固状体の製造方法。
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